Distribution and adhesion-promoting activity of alpha4 and alpha5 chain laminins in human endothelia and carcinomas

Basement membranes are specialized sheets of extracellular matrix found in contact with epithelia, endothelia, and certain isolated cells. They support tissue architecture and regulate cell behaviour. Laminins are among the main constituents of basement membranes. Due to differences between laminin isoforms, laminins confer structural and functional diversity to basement membranes. The first aim of this study was to gain insights into the potential functions of the then least characterized laminins, alpha4 chain laminins, by evaluating their distribution in human tissues. We thus created a monoclonal antibody specific for laminin alpha4 chain. By immunohistochemistry, alpha4 chain laminins were primarily localized to basement membranes of blood vessel endothelia, skeletal, heart, and smooth muscle cells, nerves, and adipocytes. In addition, alpha4 chain laminins were found in the region of certain epithelial basement membranes in the epidermis, salivary gland, pancreas, esophagus, stomach, intestine, and kidney. Because of the consistent presence of alpha4 chain laminins in endothelial basement membranes of blood vessels, we evaluated the potential roles of endothelial laminins in blood vessels, lymphatic vessels, and carcinomas. Human endothelial cells produced alpha4 and alpha5 chain laminins. In quantitative and morphological adhesion assays, human endothelial cells barely adhered to alpha4 chain-containing laminin-411. The weak interaction of endothelial cells with laminin-411 appeared to be mediated by alpha6beta1 integrin. The alpha5 chain-containing laminin-511 promoted endothelial cell adhesion better than laminin-411, but it did not promote the formation of cell-extracellular matrix adhesion complexes. The adhesion of endothelial cells to laminin-511 appeared to be mediated by Lutheran glycoprotein together with beta1 and alphavbeta3 integrins. The results suggest that these laminins may induce a migratory phenotype in endothelial cells. In lymphatic capillaries, endothelial basement membranes showed immunoreactivity for laminin alpha4, beta1, beta2, and gamma1 chains, type IV and XVIII collagens, and nidogen-1. Considering the assumed inability of alpha4 chain laminins to polymerize and to promote basement membrane assembly, the findings may in part explain the incomplete basement membrane formation in these vessels. Lymphatic capillaries of ovarian carcinomas showed immunoreactivity also for laminin alpha5 chain and its receptor Lutheran glycoprotein, emphasizing a difference between normal and ovarian carcinoma lymphatic capillaries. In renal cell carcinomas, immunoreactivity for laminin alpha4 chain was found in stroma and basement membranes of blood vessels. In most tumours, immunoreactivity for laminin alpha4 chain was also observed in the basement membrane region of tumour cell islets. Renal carcinoma cells produced alpha4 chain laminins. Laminin-411 did not promote adhesion of renal carcinoma cells, but inhibited their adhesion to fibronectin. Renal carcinoma cells migrated more on laminin-411 than on fibronectin. The results suggest that alpha4 chain laminins have a counteradhesive function, and may thus have a role in detachment and invasion of renal carcinoma cells.

Ihmisen kudokset koostuvat soluista ja soluväliaineesta. Tyvikalvot ovat soluväliaineen erilaistuneita osia, jotka sijaitsevat solukerrosten ja tiettyjen yksittäisten solujen välittömässä läheisyydessä. Tyvikalvot tukevat kudosten rakennetta ja vaikuttavat solujen toimintaan solujen pintareseptoreiden välityksellä. Laminiinit kuuluvat tyvikalvojen päärakenneosiin. Tämän tutkimuksen ensimmäisenä tavoitteena oli selvittää vähiten tunnettujen laminiinien, alfa4-ketjuja sisältävien laminiinien, esiintymistä ihmiskudoksissa. Tätä tarkoitusta varten kehitimme yhden solukloonin tuottaman vasta-aineen, joka tunnistaa ihmisen laminiini alfa4-ketjun. Tämän vasta-aineen ja immunohistokemiallisten menetelmien avulla totesimme, että alfa4-ketjua sisältäviä laminiineja on ihmisen verisuonten sisäpintaa verhoavan endoteelisolukerroksen, luuranko-, sydän- ja sileälihassolujen, sekä hermojen ja rasvasolujen tyvikalvoissa. Näitä laminiineja havaitsimme myös tiettyjen päällyskerrosten eli epiteelien tyvikalvoissa ihossa, sylkirauhasessa, haimassa, mahasuolikanavassa ja munuaisessa. Koska havaitsimme alfa4-ketjuja sisältäviä laminiineja erityisesti verisuonten endoteelien tyvikalvoissa, ryhdyimme selvittämään näiden laminiinien tehtäviä verisuonten ja imusuonten sisäpintaa verhoavassa endoteelissä ja syöpäkasvaimissa. Endoteelisolut eivät juurikaan kiinnittyneet alfa4-ketjuja sisältäviin laminiineihin. Endoteelisolujen ja alfa4-laminiinien välistä heikkoa vuorovaikutusta välittivät integriini alfa6beeta1-tyypin solujen pintareseptorit. Endoteelisolut kiinnittyivät paremmin endoteelien tyvikalvoissa myöskin sijaitseviin alfa5-ketjuja sisältäviin laminiineihin, mutta tämäkään vuorovaikutus ei johtanut voimakasta kiinnittymistä osoittavien kiinnittymisrakenteiden muodostumiseen. Endoteelisolujen ja alfa5-ketjuja sisältävien laminiinien vuorovaikutusta välittivät beeta1- ja alfavbeeta3-integriini- sekä luteraaniglykoproteiiniryhmään kuuluvat solujen pintareseptorit. Nämä tulokset viittaavat siihen, että endoteelin tyvikalvon laminiinit edistäisivät endoteelisolujen liikkumista. Imusuonien sisäpintaa verhoavan endoteelin välittömässä läheisyydessä havaitsimme alfa4, beeta1, beeta2 ja gamma1 laminiiniketjuja, tyypin IV ja XVIII kollageeneja, sekä nidogeeni-1:tä. Laminiineista ainoastaan alfa4-ketjuja sisältävien alatyyppien esiintyminen imusuonten endoteelien tyvikalvoissa voi selittää sen, minkä vuoksi imusuonissa tyvikalvo on rakenteeltaan katkonainen. Munasarjasyöpäkasvainten imusuonten endoteelien läheisyydessä havaitsimme myös alfa5-ketjuja sisältäviä laminiineja ja näiden reseptoreina toimivia luteraaniglykoproteiineja, mikä viittaa siihen, että terveiden kudosten ja syöpäkasvainten imusuonet ovat erilaiset. Munuaissyöpäkasvaimissa alfa4-ketjuja sisältäviä laminiineja löytyi suonten endoteelien tyvikalvoista, kasvaimen sidekudosta muistuttavasta osasta eli stroomasta sekä suurimmassa osassa kasvaimia myös kasvainsolusaarekkeiden ympäriltä. Totesimme munuaissyöpäsolujen tuottavan alfa4-ketjuja sisältäviä laminiineja. Nämä laminiinit eivät edistäneet munuaissyöpäsolujen kiinnittymistä, vaan estivät solujen kiinnittymisen fibronektiiniin, joka on yksi soluväliaineen tärkeimmistä solujen kiinnittymistä edistävistä proteiineista. Munuaissyöpäsolut käyttivät alfa4-ketjuja sisältäviä laminiineja liikkumisalustanaan. Nämä tulokset viittaavat siihen, että alfa4-ketjuja sisältävät laminiinit vähentäisivät solujen kiinnittymistä ja lisäisivät niiden liikkumista, ja voisivat siten vaikuttaa kasvainsolujen irtoamiseen alkuperäisestä sijainnistaan ja liikkumiseen elimistössä.